1. 서론 (p. 1)

ㅇ 콘크리트 포장의 마모손상은 Spokane 도심지를 포함한 워싱턴주 동부지역의 가장 큰 고민거리임

ㅇ 이러한 포장면 마모의 주된 원인은 매년 11월 1일부터 다음 해 3월 31일까지 법적으로 허용되는 스터드 장착 타이어의 사용임

ㅇ 이러한 스터드 타이어에 의한 손상은 차륜접지위치의 경미한 파임에서부터 1/2 인치 깊이에 이르는 깊은 홈을 내는 손상까지 다양하게 발생함

ㅇ < 그림 1>은 Ritzville 근방 Interstate-90 도로의 남단에 위치하는 SR-395 도로상의 1995년에 시공된 콘크리트 포장면을 보여주고 있음

ㅇ 이 사진을 찍은 시점을 기준으로 해당도로는 공용기간 7년이 경과함

ㅇ 본 도로의 교통량은 개략 6,800 대의 일 교통량을 보이고 있음

ㅇ 스터드 타이어의 작용으로 인하여 횡방향 줄눈이 완전히 마모되어 있음 (차로 양단에 아직 남아있는 줄눈을 주목함)

   

< 그림 1. Ritzville 의 Interstate 90 남단부 SR-395 도로의 콘크리트 포장면 >

 

ㅇ <그림 2> 에서는 텍사스 주 휴스턴의 Interstate-45 도로상에 위치한 공용기간 13년이 경과한 포장면의 상태를 보여주고 있음

ㅇ 이 포장면의 전 폭에 결쳐서 보이는 뚜렷한 횡방향 줄눈을 주목할 필요가 있음

ㅇ 이 도로의 일 교통량은 178,000 대에 달함

ㅇ 스터드 타이어의 사용은 텍사스 주에서도 합법적으로 허용되나, 이 지방의 온화한 기후는 이러한 타이어의 사용을 불필요하게 함

ㅇ 이러한 스터드 타이어로 인한 손상효과는 이 두 사진을 비교해 보면 명백히 관찰할 수 있는데, 특히 텍사스 주의 포장도로는 워싱턴주 SR-395 도로에 비해 일일 교통량이 26배나 많으며 공용기간도 2배가량 길다는 점을 감안하면 대단히 현격한 차이를 보인다는 것을 알 수 있음

 

 

< 그림 2. 공용기간 13년의 텍사스 주 휴스턴의 Interstate 45 도로의 콘크리트 포장 >

 

ㅇ 이러한 스터드 타이어를 사용하여 손상되는 포장면은 Spokane 도심지역에서는 대단히 일반적인 사항인데, 이 지역은 워싱턴 주에서 스터드 타이어의 사용이 가장 높은 지역임

 

2. 스터드 장착 타이어로 인한 손상 억제 프로젝트 (p. 3)

ㅇ 스터드 타이어로 인한 손상억제를 목적으로 하는 다양한 전략을 사용한 일련의 실험적 프로젝트들이 동부 워싱턴 지역에서 수행되었음

ㅇ 이러한 프로젝트들은 모두 Spokane 도심지의 I-90 도로에 위치하고 있음

ㅇ 최초의 프로젝트는 2001년에 완공된 Sprague Avenue I/C의 3단계 프로젝트들임

ㅇ 이 프로젝트에서는 콘크리트의 골재구조를 변경하면 스터드 손상을 줄일 수 있는지를 알아보기 위해 혼합골재입도(Combined aggregate graduation)를 적용함

ㅇ 이 프로젝트에 대한 결과 비교를 위해 WSDOT(워싱턴 교통국)의 표준 골재입도를 적용하여 동일한 위치에 1년 전에 완공한 동쪽 차로 포장면과 비교함

ㅇ 휨강도 650psi 배합설계와 횡방향 줄눈을 두 프로젝트에 동일하게 적용함

ㅇ 본 연구는 이러한 혼합골재입도의 사용은 포장체가 스터드에 의한 손상을 억제하기 위한 저항강도 증진에 가시적인 성과를 제시하지 못하는 것으로 결론을 내림

ㅇ 두 번째 프로젝트는 2003년에 완공된 Sullivan Road에서 Idaho State Line 간 도로포장 사업임

ㅇ 이 구간에 스터드 타이어로 인한 심한 손상 억제를 위해 HMA 포장단면에 다양한 포장처리기법을 적용함

ㅇ 이러한 포장처리 기법에는 미소/광역개념의 구간 면정리, 수정 D등급 HMA(아스팔트 포장 종류), Whitetopping 및 표준등급 1/2 인치 Superpave HMA(아스팔트 포장 종류) 등을 적용함

ㅇ 여기서 Whitetopping 기법은 본 연구에서 주목하고 있는 기법임

ㅇ 이 기법은 배합설계에 필요한 휨강도기준을 650psi에서 800psi 로 상향시킴

ㅇ 폴리프로필렌 섬유를 입방야드당 3 pound 비율로 배합에 혼합하여 포장콘크리트 단면을 취약하게 하는 균열 발생억제 및 추가 강도를 확보하도록 함

ㅇ 이러한 고강도 배합설계를 적용한 Whitetopping 단면은 재래적 콘크리트 포장단면에 비해 보다 높은 스터드 손상저항력을 가지는 것으로 검증되지는 못함

ㅇ 세 번째 프로젝트는 Argonne Road에서 부터 Sullivan Road 간의 포장사업으로 2005년 완공됨

ㅇ 이 프로젝트는 주로 800psi 의 고강도 배합설계로 시공되었으나 일부 구간에서는 650 psi 의 강도의 배합설계에 콘크리트 경화제 및 높은 시멘트 함량을 포함하는 등 스터드 손상발생을 감소시키기 위한 여러 가지 조치를 포함하고 있음

ㅇ 본 프로젝트의 검토결과 고강도 콘크리트, 콘크리트 경화제 및 높은 시멘트 함량 등은 일반적인 650psi 배합설계의 포장체에 비해 스터드 손상에 대한 저항성이 높지 않다는 결론을 도출함

 

3. 워싱턴 교통국의 폴리에스터 폴리머 콘크리트 적용 경험(p. 5)

ㅇ 워싱턴 교통국 교량부에서는 폴리에스터 폴리머 콘크리트(PPC)를 교량 바닥판에 사용한 경험을 풍부하게 보유하고 있음

ㅇ 1989년에서 2007년 기간 동안 총 868,076 제곱피트의 PPC 를 사용하여 23개의 교량 바닥판의 덧씌우기 시공을 수행함

ㅇ 이러한 PPC 덧씌우기 작업의 목적은 다음과 같음

- 제빙염의 침투로 인한 철근부식의 예방을 위한 방수막 형성

- 열화된 바닥판 표면의 방수

- 구조물에 최소한의 고정하중을 추가하면서 보다 부드러운 승차감 부여

 

ㅇ 교량 점검 보고서에 따르면 대부분의 이러한 PPC 보강 교량들의 상태는 대단히 양호 또는 최상의 상태(23개소 중 17개소)로 나타남

ㅇ 대부분의 점검 보고서에서는 신규로 설치된(200년에서 2007년 까지) 포장면의 차량 통행로 지점에는 약간의 마모손상만 발생된 것으로 나타남

ㅇ 보다 오래전에 설치된 포장면에는 (1998년~2001년) 일부 박리 및 들뜸현상이 PPC 덧씌움면에 나타난 것을 발견할 수 있으나 대단히 예외적인 경우이며 일반적인 현상은 아닌 것으로 밝히고 있음

ㅇ 이러한 교량부의 PPC 콘크리트를 사용한 포장면 보수에 대한 성공적인 경험은 이 재료가 스터드 장착 타이어 손상에 대한 대처방안이 될 수 있다는 사실을 시사하고 있으나, 이는 중부 워싱턴 지역의 23개 교량에 대한 결과이며, 스터드 타이어의 손상을 심각하게 받고 있는 지역에 대한 손상저감 대책으로 사용 가능한지에 대해서는 확신할 수 없음

ㅇ 본 시험적 연구에서 이러한 질문에 대한 해답을 찾아보고자 함

 

4. 대상사업 위치(p. 6)

ㅇ PPC에 대한 실험적 적용은 Spokane 시의 I-90 도로상의 Vic Geiger Road에서 Spokane Viaduct 간 도로 건설사업인 Contract 8018 프로젝트에 포함됨

ㅇ 이 사업은 손상된 포장면의 교체와 도로 체인 275.40~280.16 지점의 포장손상부의 제거를 위한 다이아몬드 그라인딩 작업을 포함하고 있음

ㅇ 이 구간 중 체인 275.75에서 275.78지점의 일부에 대해 본 시험사업이 적용됨

ㅇ 본 시험사업이 적용되는 I-90 도로의 단면형상은 각 방향 2차로의 도로임

ㅇ 해당 도로의 평균 일 통행량은 39,254 대이며, 이중 13%는 화물트럭임

 

5. 폴리에스터 폴리머 콘크리트 배합설계 (p. 7)

ㅇ 포틀랜드 시멘트 콘크리트는 시멘트 골재, 모래 및 물로 구성되어 있음

ㅇ 이와 달리 PPC는 폴리에스터 레진과 골재를 혼합하여 제작함

ㅇ 이러한 PPC는 빠른 양생시간(2~4)과 24시간 내에 4,000psi 이상의 압축강도 발현이 가능함

ㅇ 또한 일반적인 WSDOT 배합설계에 의한 재래적 콘크리트의 휨강도인 650~800 psi에 비해 월등한 1,500~2,000psi 의 강도를 발휘함

ㅇ KwikBond 사에서 공급하는 본 사업을 위한 폴리에스터 기반의 폴리머 덧씌우기 시스템은 교량 바닥판에 마모층을 형성하고 제빙염 침투를 막아주는 방수층을 형성함

ㅇ 본 사업에서는 2 가지의 배합설계가 사용되는데, 하나는 다이아몬드 절삭을 시행하는 전단면 절삭구간 단면 및 차륜 접지단면에 대한 시험시행 구간용이고, 다른 하나는 홈 손상부분에 대한 메우기 적용 시험시행 구간 용도임

ㅇ 이 두 가지 배합설계의 유일한 차이점은 골재의 입도분포로서 홈 손상부에 메우는 용도의 배합설계에는 보다 작은 크기의 골재를 사용함

 

6. 시공 (p. 8)

ㅇ I-90 도로의 서측 차로중 3 군데 지점 60 피트 구간에 PPC 가 사용됨

ㅇ 각 구간에는 향후 콘크리트 포장 손상부 보수공법으로 사용될 가능성이 있는 공법을 하나씩 시공함

ㅇ 최초 구간에는 기존 포장면의 손상부에 덧씌우기 재료를 포설하고 로울러로 마무리함

ㅇ 두 번째 구간에는 각 차선 부분에 3-feet 넓이의 차로포장이 손상부 제거를 위해 절개된 후 폴리에스터 덧씌움층을 1 in 두께로 전 차로구간에 시공함

ㅇ 세 번째 구간에는 포장층을 한쪽 노견에서 다른쪽 노견까지 완전히 다이아몬드 절삭 후 1 인치 두께의 덧씌움층을 전 포장구간에 포설함

ㅇ 폴리에스터 덧씌우기 작업 및 다이아몬드 절삭 작업은 7월 7일 월요일 저녁 10:00 에 시작되어 7월 13일 아침 10:15 분에 종료됨

ㅇ 시공 중 발생한 유일한 문제점은 포장 그라인더 기계의 고장과 1번 차로의 작업을 잠시 중단시킨 강우였음

 

7. 시공 후 시험 (p. 17)

ㅇ 완공된 PPC 구간에 대해 적용한 유일한 실험은 슈미트 해머 시험으로서 해당 포장구간에 교통소통이 가능한 만큼 포장체의 압축강도가 적당한지를 판단하기 위해 수행함

ㅇ 특별시방 규정에는 이러한 슈미트 해머를 시공 후 6 시간 후에 시행하여 최소 압축강도가 3,000psi 에 미달되는 모든 PPC는 제거하고 재포설 하도록 규정되어 있음

ㅇ 일일 감리보고서에는 모든 차로에서 필요 압축강도를 만족하여 6시간 내에 교통을 통행시켰다고 밝히고 있음

 

8. 시공 후 조사 (p. 29)

ㅇ 모든 동부지역 도로포장에 대해 WSDOT의 재료 실험실 직원들이 포장파임, 승차감 및 마찰력 측정 등의 제반측정이 완료된 후, 그 해 10월에 본 사업구간의 덧씌움 포장층에 대한 보수 다이아몬드 절삭작업이 수행됨

ㅇ 이에 따라 해당 포장구간의 필요 파라메터들의 초기 측정은 2013년 4월로 연기됨

ㅇ 그 이유는 이러한 다이아몬드 그라인딩으로 인해 차선에 발생된 손상이 전부 제거된 편평한 횡단면이 유지되었을 것으로 판단되었기 때문임

 

9. 비용 (p. 29)

ㅇ 주 도로의 광범위한 단면을 덧씌우기 하는 비용추정을 위해서 이 실험에 사용된 실제비용을 대표비용으로 적용하는 것은 비교적 적은 재료비에 비해 과도하게 높은 장비비용으로 인해 적절치 않음

ㅇ Kwik Bond Polymers 사의 대표인 Dan Uldall 씨와의 토론결과 단위 평방피트당 $10 정도가 대형 교량 바닥판의 PPC 덧씌우기 사업에 대한 합리적인 비용인 것이라는 결론을 도출

ㅇ 이 비용에는 장비투입 및 철수, 블라스팅, 거푸집 및 포장공사 모두를 포함한 금액임

ㅇ WSDOT에서 최근 PPC를 이용한 교량 덧씌우기 공사 결과도 Dan 사장이 밝힌 자료와 비슷한데, 2003년에서 2007년간 5개 사업에서 지출한 비용은 $8.6~$17.0 으로서 가중 평균할 경우 $10.73 임

 

10. 향후 과업 (p. 30)

ㅇ 이 세 구간에 대한 포장상태 및 손상에 대해서는 최소 5년간 모니터링 될 것임

ㅇ 만일 PPC 덧쒸우기 층에 급속한 손상이 발생되지 않는다면 5년을 추가 연장하여 모니터링 할 계획임

ㅇ 본 연구팀이 해당구간에 대한 마모손상 결과가 만족스럽다고 판단할 때 최종 성능보고서를 발간할 계획임